Introducció a les xarxes de dades

Introducci a les Xarxes de Dades

rea de Telemtica

Departament dEnginyeria

La Salle - Universitat Ramon Llull

Curs 2015-2016

La Salle Universitat Ramon Llull Introducci a les Xarxes de Dades

-2-

Ls daquesta obra nicament sautoritza dins de lmbit del les assignatures de Telemtica i Xarxes drea Local de La Salle - Universitat Ramon Llull, pels alumnes daquestes assignatures. Igualment, queda prohibida qualsevol forma de reproducci, distribuci, comunicaci pblica i transformaci daquesta obra sense lautoritzaci dels titulars de la propietat intellectual.


-3-

NDEX

1. INTRODUCCI A LES XARXES DE DADES 4

2. TECNOLOGIES DE TRANSPORT DINFORMACI 5

2.1. XARXES COMMUTADES 5

2.2. XARXES DE DIFUSI 8

2.3. COMPARACI DE LES DIFERENTS TCNIQUES 9

3. ARQUITECTURES DE PROTOCOLS 10

3.1. MODEL DE REFERNCIA OSI 10

3.2. ARQUITECTURA DE PROTOCOLS TCP/IP 12

3.3. ALTRES ARQUITECTURES DE XARXA 13

4. CLASSIFICACI DE LES XARXES DE DADES 14

5. AUTOAVALUACI 15

6. BIBLIOGRAFIA 16


-4-

1. INTRODUCCI A LES XARXES DE DADES

Una xarxa de dades s un conjunt dequips interconnectats entre ells mitjanant diferents mitjans de transmissi per tal de compartir informaci, recursos o serveis entre

daltres.

Actualment les xarxes de dades permeten la transmissi a grans distncies de veu, dades

i vdeo, sent Internet el millor exemple de xarxa a nivell mundial.

En aquesta introducci a les xarxes de dades es far una revisi de les tecnologies pel

transport dinformaci en xarxes de dades, les arquitectures de protocols, la classificaci de les xarxes i altres conceptes bsics necessaris per la resta de captols posteriors.


-5-

2. Tecnologies de Transport dinformaci L'objectiu de les xarxes de dades s aconseguir posar en contacte dos equips distants,

per tal de que puguin intercanviar dades. Des del punt de vista de com es fa aquest

intercanvi de dades, podem classificar les xarxes de la segent manera:

a) Xarxes commutades: les xarxes commutades consisteixen en un conjunt de nodes connectats entre s, que commuten la informaci entre diferents camins. Hi

distingim tres tipus:

Xarxes de Commutaci de circuits

Xarxes de Commutaci de missatges

Xarxes de Commutaci de paquets

Figura 1 : Xarxa commutada

b) Xarxes de difusi: tots els nodes comparteixen un mateix mitj fsic i, per tant, la informaci que emet un emissor arriba a tots els nodes de la xarxa.

Figura 2 : Xarxa de difusi

2.1. Xarxes commutades

Dins de les xarxes commutades hem de diferenciar tres tipus de commutaci de dades:

Commutaci de circuits

Permet establir connexions fsiques entre dos o ms equips terminals de dades per mitj

dun circuit de dades dedicat dutilitzaci exclusiva durant la comunicaci.


-6-

Consta de tres fases clarament diferenciades: establiment de la trucada, transferncia de

dades i desconnexi.

El problema d'aquest tipus de commutaci resideix en qu en moltes ocasions els

elements de comunicaci estan infrautilitzats, ja que realment no s'envia informaci

durant tot el temps en que el circuit commutat est actiu. Exemples de xarxes de

commutaci de circuits: XTC (Xarxa Telefnica Commutada), XDSI (Xarxa Digital de

Serveis Integrats), Lnies punt a punt, etc.

Figura 3 : Xarxa de commutaci de circuits

Commutaci de missatges

Sentn per missatge un bloc dinformaci complert i independent. Els nodes duna xarxa de commutaci de missatges tenen capacitat de procs i demmagatzematge de la informaci.

El missatge s transms sencer des del terminal fins al primer node de la xarxa, on

semmagatzema si no shi han detectat errors. Es posa en una cua de missatges a retransmetre cap al segent node en funci de la informaci de la destinaci del

missatge. Quan li arriba el torn, el missatge es retransmet cap al segent node, i es

repeteix la posada en la cua despera daquell node. Aquest procs es repeteix fins que arriba al terminal destinatari. Per aquest fet, les xarxes de commutaci de missatges

sanomenen tamb store and forward.

En alguns nodes hi pot haver congesti per manca de memria per emmagatzemar els

missatges, aix que la transmissi dun missatge dun node al segent no pot comenar fins que no hi hagi memria disponible al node receptor.

A la commutaci de missatges soptimitzen tant els equips informtics com els enllaos dinterconnexi, ja que aquests ltims sutilitzen per transmetre missatges de diferents usuaris multiplexant-los en el temps i, per tant, aconseguint que no estiguin

infrautilitzats. Ara b, aquest tipus de commutaci s preferible noms en serveis on la

longitud dels missatges sigui petita, ja que si el missatge s gran aquest pot

monopolitzar un enlla o els recursos dun node, impedint la transmissi daltres missatges.

Justament aquest darrer inconvenient fa que aquesta tcnica no sigui utilitzada.


-7-

Commutaci de paquets

Es diferencia bsicament de la commutaci de missatges perqu la informaci a

transmetre per lequip terminal es fragmenta en unitats mes petites anomenades paquets.

Figura 4 : Fragmentaci dun missatge en paquets

Assolim aix diversos objectius:

Assegurar que un paquet no monopolitzi un enlla entre dos nodes. Els temps

despera depenen de la longitud dels missatges transmesos pels altres usuaris. Un missatge curt sintercala en forma de paquets dins daltres ms llargs sense haver desperar que acabin aquests.

No calen grans memries secundries pels nodes, sin que els paquets resideixen

a la memria principal dels nodes, podent llavors ser processats amb celeritat.

Aquesta s la tcnica ms utilitzada en les xarxes de transmissi de dades. Dins

daquesta, podem distingir dos tipus de commutaci de paquets:

a) Commutaci de paquets No Orientada a Connexi (Mode Datagrama):

- Cada paquet es tracta de forma independent, ja que incorpora ladrea origen i dest, i les decisions dencaminament es prenen paquet a paquet en cada node.

- Paquets dun mateix missatge poden seguir camins diferents. Si segueixen rutes diferents pot passar que un paquet trigui ms que un altre i, per tant,

poden arribar desordenats. Per aix el dest probablement haur de reordenar

els paquets un cop rebuts.

- No sutilitza cap mecanisme destabliment de trucada (connexi) previ a la transmissi de les dades.

- En cas de detectar congesti els paquets poden anar per una altra ruta. En canvi, amb circuits virtuals han de seguir pel mateix cam encara que estigui

congestionat.

- Si un node o un enlla sespatlla, els datagrames utilitzaran rpidament una ruta alternativa (sempre i quan existeixi).

- Exemples: Protocol IP


-8-

Figura 5 : Exemple de xarxa basada en datagrames

b) Commutaci de paquets Orientada a Connexi (Mode Circuit Virtual):

- Hi ha tres fases diferents: establiment de trucada, transferncia dinformaci i desconnexi.

- El primer paquet que senvia (paquet destabliment de trucada) fixa la ruta. La resta de paquets passen tots per aquesta ruta, s a dir, les decisions

dencaminament es prenen pel primer paquet i ja no caldran ms decisions dencaminament per la resta.

- El primer paquet que senvia s el primer darribar. Tots segueixen la mateixa ruta i van uns darrere els altres, en ordre seqencial. Ara b, sempre

es pot perdre algun dels paquets intermitjos.

- Exemples de tecnologies que utilitzen Circuits Virtuals sn: X.25, Frame Relay, ATM i MPLS.

Figura 6 : Exemple de xarxa amb dos circuits virtuals

2.2. Xarxes de difusi

Es tracta de xarxes en les quals els diferents nodes utilitzen un mateix medi fsic. Per

tant, ha d'haver-hi mecanismes que evitin que diversos nodes intentin accedir al medi

fsic a la vegada, com per exemple els protocols ALOHA, CSMA/CD, pas de testimoni,

etc.

Com a exemples de xarxes de difusi podem esmentar:

- Xarxes d'rea local implementades mitjanant HUBs - Xarxes de paquets via rdio - Xarxes via satllit


-9-

2.3. Comparaci de les diferents tcniques

El comportament temporal de cada tcnica de commutaci es pot veure en la segent

figura:

Figura 7 : Comportament temporal de les diferents tcniques de commutaci


-10-

3. Arquitectures de Protocols

La comunicaci entre dos equips terminals s una tasca molt complexa. Per fer-la

possible s'han definit les arquitectures de protocols, les quals divideixen tot el procs de

comunicaci en diferents tasques, cadascuna operant a un nivell diferent. Cada nivell

proporciona al nivell immediatament superior una srie de serveis, i utilitza certs serveis

que li proporciona el nivell immediatament inferior.

Cadascun dels nivells d'una entitat es comunica amb el nivell corresponent de l'entitat

remota mitjanant un protocol, s a dir, una srie de regles i procediments que fan

possible la comunicaci.

Existeixen diferents arquitectures de protocol per les ms conegudes sn el Model de referncia OSI i lArquitectura de protocols TCP/IP.

3.1. Model de referncia OSI

La ISO (International Standards Organization) va proposar una estructura en 7 nivells,

coneguda com a model de referncia OSI (Open Systems Interconnection), la qual es

veu a la Figura 8.

Figura 8 : Model de referncia OSI

La funci de cadascun dels nivell s la que es descriu a continuaci:

Nivell 7: Aplicaci

Proporciona serveis distributs de xarxa a les aplicacions dusuari:

- Transferncia de fitxers - Accs a arxius remots (directoris en xarxa) - Serveis dimpressions - Correu electrnic - Emulaci de terminals

Proporciona a les aplicacions un mitj per accedir a lentorn OSI.


-11-

Nivell 6: Presentaci

Proporciona als processos daplicaci independncia respecte a les diferncies de la representaci de les dades. Socupa de la representaci de les dades a utilitzar pels dos processos daplicaci corresponent.

Aquest nivell defineix la sintaxi o el format de les dades que sintercanviaran entre les aplicacions, sencarrega de la compressi i la descompressi de les dades, de la seguretat de les dades, xifrat i encriptaci.

Tamb sollicita lestabliment de les sessions interactuant amb el nivell 5.

Nivell 5: Sessi

No simplementa sempre. Estableix i mant les sessions amb la qualitat de servei requerida i restableix la connexi a nivell de transport en cas que calgui.

Nivell 4: Transport

Proporciona un transport de dades entre una mquina origen i una dest,

independentment de la xarxa o xarxes que es facin servir. Proporciona procediments de

recuperaci derrors i control de flux origen-dest. Alla als nivells superiors de la xarxa respecte al bloc de comunicaci, millora la qualitat del nivell de xarxa i sencarrega de proporcionar fiabilitat a la connexi.

Nivell 3: Xarxa

Proporciona serveis dencaminament i adreament de missatges.

Nivell 2: Enlla

Proporciona serveis per establir, mantenir i acabar interconnexions entre dispositius de

nivell 3, controla laccs al mitj fsic i garanteix una transferncia fiable entre nodes collaterals de lenlla.

Nivell 1: Fsic

Defineix les caracterstiques de connexi dels equips al mitj en termes elctrics o

ptics, mecnics i funcionals. Permet la transmissi transparent del flux de bits entre

entitats de nivell denlla a travs de connexions fsiques,


-12-

3.2. Arquitectura de protocols TCP/IP

A la xarxa Internet s'utilitza larquitectura de protocols TCP/IP, que s un conjunt de ms de 100 protocols, tot i que pren el nom dels dos ms coneguts: TCP al nivell de

transport i IP al nivell de xarxa.

Figura 9 : Nivells OSI i equivalncia en lentorn TCP/IP

A la columna de la dreta de la Figura 9 podem veure que lentorn TCP/IP preveu bsicament 3 nivells: aplicaci (que engloba els tres nivells superiors definits al model

OSI), transport i xarxa. Els dos nivells inferiors del model OSI (enlla i fsic) no sn

definits a lentorn de protocols TCP/IP. Per tant, aquest entorn pot funcionar sobre diversos protocols a nivell denlla i fsic.

Cada capa t un tipus de trama associada, que rep diferents noms segons el nivell en el

que es trobi. Les dades del nivell n sencaixen en una trama del nivell n-1, en el camp de dades, i la trama daquest nivell n-1 sencapsula en el camp de dades de la trama corresponent al nivell n-2, i aix successivament. Daquesta manera, la trama de nivell fsic s la ms llarga, ja que cont les dades del nivell superior ms una srie de bits

addicionals introduts per cada nivell de sota. Aquest procs es veu a la Figura 10.

Figura 10 : Encapsulament de trames a cada nivell


-13-

Existeixen diversos estndards per als nivells denlla i fsic. LIEEE divideix el nivell denlla en dues subcapes: LLC (Logical Link Control) i MAC (Medium Access Control). El subnivell LLC (IEEE 802.2) es situa per sobre, de manera que serveix per a

diferents estndards del subnivell MAC. Un daquests estndards MAC s el IEEE 802.3, el qual s molt semblant a lestndard Ethernet.

Aix doncs, podem establir una comunicaci completa amb una implementaci de les

recomanacions IEEE 802.2 (LLC) + IEEE 802.3 (MAC) per als 2 nivells inferiors, ms

una implementaci de TCP/IP per als nivells superiors.

En els segents captols veurem en detall la recomanaci IEEE 802.3 i el conjunt de

protocols TCP/IP.

3.3. Altres Arquitectures de Xarxa

Altres arquitectures de protocols que podem destacar sn les segents:

SNA de IBM

DNA de DEC

XNS de XEROX

Aquestes altres arquitectures prcticament ja no simplementen degut a la gran expansi del TCP/IP i, per tant, de la xarxa Internet.


-14-

4. Classificaci de les xarxes de dades

Dues de les moltes classificacions que podem fer de les xarxes de dades sn:

a) Segons la seva extensi: PAN: Personal Area Network (Bluetooth, Zigbee)

LAN: Local Area Network. Normalitzades per lestndard 802.x. MAN: Metropolitan Area Network (CATV, FDDI, ...)

WAN. Wide Area Network. (XTC, XDSI, Frame Relay, ATM, ...)

b) Segons la relaci ample de banda/distncia.

1

10

100

1

10

100

1

Kbps

Mbps

Gbps

bps

metres

1 10 100 1Km 10Km 100Km >1000Km

LAN

LAN amb

Fibra

ptica

XTC

IBERPAC: XTC +

XCP

XDSI-BE

64Kbps

2Mbps

XDSI-BACATV

Figura 11 : Relaci ample de banda/distncia


-15-

5. Autoavaluaci

1) Quan parlem de tecnologies de transport dinformaci podem afirmar que:

a) Les diferents tcniques es classifiquen en: commutaci de circuits, commutaci de paquets i datagrames.

b) En la commutaci de circuits, la informaci es multiplexa per diferents camins o circuits virtuals.

c) La commutaci de paquets orientada a connexi estableix un circuit virtual entre origen i dest. d) El principal problema de la commutaci de circuits s que els datagrames poden arribar

desordenats.

2) Quan parlem de tecnologies de transport dinformaci podem afirmar que: a) Les diferents tcniques es classifiquen en: orientades a connexi, datagrames i circuits virtuals. b) En la commutaci de circuits, els paquets no es poden perdre. c) La commutaci de paquets orientada a connexi tamb sanomena orientada a datagrames. d) En la commutaci de circuits, encara que no senvi informaci, el canal no pot ser utilitzat per

altres usuaris fins que es finalitza la comunicaci.

3) El nivell denlla de la torre OSI: a) Proporciona serveis dencaminament i adreament de missatges. b) Garanteix una transferncia fiable entre nodes collaterals. c) Noms t sentint si la connexi es fa mitjanant una xarxa WAN de transmissi de dades. d) Millora la qualitat del nivell de xarxa.

4) El nivell 5 de la torre OSI s el responsable de: a) enviar les dades en la presentaci correcta. b) enviar les dades al nivell de presentaci. c) rebre les dades del nivell de xarxa. d) Totes les anteriors sn certes.

5) Les xarxes MAN: a) sn xarxes que es configuren de forma manual. b) sn xarxes de mida mitjana, ja que el seu acrnim significa Medium Area Network. c) sn xarxes dmbit mundial. d) sn xarxes dmbit metropolit.

6) Sobre la commutaci de circuits podem dir ... a) Que lample de banda disponible per lusuari s fix b) Que permet realitzar adaptacions de velocitat i codi entre emissor i receptor c) Les capaleres impliquen una disminuci de la eficincia de transmissi d) La xarxa es responsabilitza de la entrega de paquets.

7) Sobre la commutaci de paquets podem dir:

a) Hi ha dos tipus de commutaci de paquets: commutaci de circuits virtuals i datagrama b) Sempre que se superi un cert trfic conegut, el bloqueig impedeix que es produeixi cap connexi c) El temps que triga la informaci a arribar al dest s conegut i fix d) Els repetidors utilitzen commutaci de paquets per calcular la millor ruta per la informaci

8) Les funcions del nivell 3 de la torre OSI sn:

a) Proporcionar serveis per establir, mantenir i acabar les connexions entre entitats de nivell 4 b) Proporcionar els serveis dencaminament i adreament c) Controlar laccs al mitj d) Totes les anteriors


-16-

6. Bibliografia

William Stallings, Data and Computer Communications, Eight edition, Prentice Hall

Introducció a les xarxes de dades

Documents

Transcript of Introducció a les xarxes de dades